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生体膝関節機能を有する人工膝関節の最適設計・試作・評価システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 07558256
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関九州大学

研究代表者

村上 輝夫 (村上 輝男)  九州大学, 工学部, 教授 (90091347)

研究分担者 三浦 裕正  九州大学, 医学部, 講師 (10239189)
日垣 秀彦  九州大学, 工学部, 助手 (00238263)
澤江 義則  九州大学, 工学部, 講師 (10284530)
大月 伸男  九州大学, 工学部, 助教授 (60127991)
広川 俊二  九州大学, 工学部, 教授 (80150374)
緒方 公介  福岡大学, 医学部, 教授 (40136437)
研究期間 (年度) 1995 – 1997
研究課題ステータス 完了 (1997年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
1997年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1996年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード人工膝関節 / 最適設計 / 関節シミュレータ / 曲面解析 / トライボ評価 / シネラジオグラフィー / 人工軟骨 / 境界潤滑 / 人工膝隈節
研究概要

まず,生体膝の非接触計測や非侵襲MRI計測により3次元曲面形状データを収集し,曲面解析に基づき大腿・脛骨の形状設計・試作を行いシミュレータにより評価するシステムを構築した.このシステムを利用して,表面形状のリモデリング最適設計案や二円弧デザインを提案し,摩擦や変形特性・潤滑膜形成における優位性を提示した.また,シミュレータ試験により,現用の臨床用各種人工関節と生体膝における接触面圧や摩擦と過酷度の対応等を確認するとともに,現存の形状設計の諸問題点を指摘した.楕円接触形状について,とくに軟質材摩擦面を用いる場合に方向性による潤滑膜形成の相違が認められた.膝蓋部についても新型シミュレータにより屈曲位による接触状態の変化の計測を可能とした.臨床現像との関連については,膝関節シネラディオグラフィー法を適用し,歩行時の各部品間の接触部の相対関係を観測し,生体内での人工関節の実際の運動状態についても評価を試みた.さらに,屈伸時における大腿・脛骨部品間の転がり滑り運動の評価を設計プロセスにフィードバックすることによる最適設計を提案した.人工軟骨に関しては,脛骨部品用として,含水率の異なるPVAハイドロゲルおよびセミIPN系ハイドロゲル製人工軟骨について,シミュレータや摩擦試験によりトライボ性能を評価した.歩行条件では,潤滑液中に蛋白成分が存在すると,高含水PVAでは摩擦状態が非常に改善することが判明した.また,AFM(原子間力顕微鏡)により,摩擦面上における蛋白成分の吸着状態を観測することにより,各種材料のトライボ特性間の相違を評価することが出来た.

報告書

(4件)
  • 1997 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1996 実績報告書
  • 1995 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] T.Murakami: "The Adaptive Multimode Lubrication in Knee Prostheses with Artificial Cartilage during Walking" Elastohydrodynamics'96. 371-382 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 廣川 俊二: "前十字靭帯損傷膝の関節形状の検討" 計測自動制御学会論文集. 32・3. 417-423 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Ohtsuki: "Influence of Geometry of Conjunction on Elastohydrodynamic Film Formation in Knee Prostheses with Compliant Layer" Elastohydrodynamics'96. 349-359 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Sawae: "Comparison of Friction Characteristics of Artificial Cartilage Materials Sliding against Prosthetic Joint Materials" Proc.Int.Conf.New Frontiers in Biomech.Eng. 337-340 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 日垣 秀彦: "Adaptive Surface Remodeling による人工膝関節設計法の提案" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 17. 39-44 (1996)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] k.Ogata: "Evaluation of Patellar Retinacular Tension during Total Knee Arthroplasty Special Emphasis on Lateral Retinacular Release" Journal of Arthroplasty. 12・6. 651-656 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Murakami: "The Adaptive Multimode Lubrication in Knee Prostheses with Artificial Cartilage during Walking" Elastohydrodynamics'96, Elsevier. 371-382 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Hirokawa: "Study on Shape of Knee Joint Condyle with Anterior Cruciate Ligament Injury" T.SICE. Vol.33, No.1. 417-423 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Ohtsuki: "Influence of Geometry of Conjunction on Elastohydrodynamic Film Formation in Knee Prostheses with Compliant Layr" Elastohydrodynamics'96, Elsevier. 349-359 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Sawae: "Comparison of Friction Characteristics of Artificial Cartilage Materials Sliding against Prosthetic Joint Materials" Proc.Int.Conf.New Frontiers in Biomech.Eng.337-340 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Higaki: "Dsign of Artificial Knee Joint Based on Adaptive Surface Remodeling Process" Journal Jpn.Soc.Clin.Biomech and Rel.Res.Vol.17. 39-44 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Ogata: "Evaluation of Patellar Retinacular Tension During Total Knee Arthroplasty" Journal Arthroplasty. Vol.12, No.6. 651-656 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Murakami: "The Adaptive Multimode Lubrication in Knee Prostheses with Artifical Cartilage during Walking Elastohydrodynamics" Elastohydrodynamics '96. 371-382 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 廣川俊二: "前十字靱帯損傷膝の関節形状の検討" 計測自動制御学会論文集. 32・3. 417-423 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] N.Ohtsuki: "Influence of Geometry of Conjunction on Elastohydrodynamic Film Formation in Knee Prostheses with Compliant Layer" Elastohydrodynamics '96. 349-359 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Sawae: "Comparison of Friction Characteristics of Artificial Cartilage Materials Sliding against Prosthetic Joint Materials" Proc.Int.Conf.New Frontiers in Biomech.Eng. 337-340 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 日垣秀彦: "Adaptive Surface Remodelingによる人工膝関節設計法の提案" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 17. 39-44 (1996)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ogata: "Evaluation of Patellar Retinacular Tension during Total Knee Arthroplasty Special Emphasis on Lateral Retinacular Release" Journal of Arthroplasty. 12・6. 651-656 (1996)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Sawae: "Application of PVA Hydrogel as Artificial Cartilage in Total Knee Prostheses" Proc.of International Tribology Conference,Yokohama. 1969-1974 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 日垣秀彦: "Adaptive Surface Remodelingによる人工膝関節設計法の提案" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 17. 39-44 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 村上輝夫: "高機能人工軟骨を有する人工膝関節の潤滑特性" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 17. 57-62 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 廣川俊二: "前十字靭帯損傷膝の関節形状の検討" 計測自動制御学会論文集. 32・3. 417-423 (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] N.Ohtsuki: "Influence of Geometry of Conjunction on Elastohydrodynamic Film Formation in Knee Prostheses with Compliant Layer" Proc.23rd Leeds-Lyon Symposium on Tribology. (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ogata: "Evaluation of Patellar Retinacular Tension during Total Knee Arthroplasty Special emphasis on Lateral Retinacular Release" Journal of Arthroplasty. (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Murakami: "The Evaluation of Tribological Severity in Knee Prostheses under Walking Conditions" Proc.4th China-Japan-USA-Singapore Conf.on Biomechanics.297-300 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 澤江 義則: "関節液成分潤滑下における人工軟骨材料の摩擦特性" 日本機械学会論文集. 61-589. 3665-3671 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 村上 輝夫: "多モード適応潤滑機能を有する人工膝関節の設計コンセプト" 日本臨床バイオメカニクス学会論文集. 16. 403-407 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 泉 敏弘: "人口膝関節置換術成績不良症例の検討" 整形外科と災害外科. 44. 906-908 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 廣川 俊二: "膝十字靭帯の変形,歪分布の測定と解析" 計測自動制御学会論文集. 31-4. 417-423 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Sawae: "Application of PVA hydrogel as artificial cartilage in total knee prothesesese" Proc.Int.Tribology Conf.Yokohama. (in press). (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書

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公開日: 1996-04-01   更新日: 2016-04-21  

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